JPH0785235B2

JPH0785235B2 - デジタル相関装置

Info

Publication number: JPH0785235B2
Application number: JP60273663A
Authority: JP
Inventors: 和夫倉持
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-12-05
Filing date: 1985-12-05
Publication date: 1995-09-13
Anticipated expiration: 2010-09-13
Also published as: JPS62133566A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は数値化された２つのデータ列、例えばテンプレ
ートマツチング法におけるテンプレートデータ（波形）
とサンプルデータ（波形）との相関を演算するための相
関器に関する。

（発明の背景）従来より２つの波形同志の相関を求めて、その波形が最
も一致する位置を検出することによつて、各種位置ずれ
を検出する装置が知られている。半導体を製造する工程
で使われるウエハプローバのアライメントにおいても、
相関演算処理を使うものが知られている。例えば特開昭
58−54648号公報に開示されているように、ウエハ上に
細長い楕円形のレーザスポツト光を照射しつつ相対的に
走査し、ウエハ表面のチツプパターン（微小な凹凸を有
する）からの散乱光を光電検出し、その信号波形をA/D
変換器でサンプリングしてメモリに記憶し、基準パター
ンデータ（テンプレート）を作り、他のウエハを装置に
対してアライメントする際、同様にして信号波形のサン
プルデータを抽出し、これをテンプレートと比較するこ
とによつて、テンプレートに対するサンプルデータの位
置ずれ量、すなわち他のウエハのアライメント誤差量を
求める方法が知られている。またマスク上の回路パター
ンをウエハ上に露光する装置（アライナー、ステツパー
等）においても、ウエハ上に既に形成された回路パター
ンとマスクの回路パターン像とを正しく位置合わせする
際の位置ずれ検出に相関処理を使うこともある。さらに
マスクやレチクル等の設計上のパターンと、実際に作ら
れたパターンとを比較して、実際のパターンの欠陥を検
出する装置（パターン欠陥検査装置等）においても、２
つのパターンデータを比較する際に相関処理を使うもの
もある。

また画像処理の分野においても、ある画像中に存在する
特有な形状（マーク等）を、予め用意しておいたその特
有な形状に対応したテンプレートを用いて抽出する際に
相関処理を使うことがある。画像処理以外にも音声認識
の際の波形抽出においても相関処理が使われる。その他
に光学系の自動焦点合わせにおける像合致式と呼ばれる
方法においては、２つの像のずれ量を相関処理によつて
求め、そのずれ量が零になるように光学系の焦点を自動
調整するものも知られている。いずれの場合も相関処理
の確実性がずれ量の検出精度やパターンの抽出精度を左
右する。

ここで従来の相関処理方法の問題点を特開昭58−54648
号公報に開示された技術を参照にして説明する。第14図
は比較すべき２つの波形データWA,WBを表わし、縦軸は
各波形のサンプリング点での大きさLVを、横軸は位置ｘ
を表わす。波形データWA,WBは図では連続したアナログ
波形として表わしてあるが、実際には微小な単位移動量
Δｘ毎にサンプリングされた離散的な値である。同図に
おいて波形データWAは、波形データWB中の特徴的な部分
のみの波形（位置P₁からP₂まで）をテンプレートとした
ものであり、波形データWB（位置x₁からx₂まで）はサン
プルパターンとなるものである。テンプレートの波形デ
ータWAのサンプリング数をｎ、そのサンプリング値のレ
ベルLVをＴ（ｎ）として、まずはじめにテンプレートの
P₁と波形データWBの始めの点x₁とを一致させて、位置x₁
での相関値を求める。波形データWBのサンプリング値の
レベルLVをＳ（ｎ）とすると、位置x₁での相関値CV
（x₁）は次式で演算される。

以上の演算をテンプレートの波形データWAを１つのサン
プリング点だけずらしては繰り返し実行する。これによ
つて第15図に示すような相関特性曲線が得られる。第15
図で縦軸は各サンプリング点での相関値CVを表わし、横
軸は位置を表わす。この特性曲線は上記式からも明らか
なように、波形データWB中の特徴的なボトム部分（位置
x₃からx₄まで）とテンプレートとが一致した位置、すな
わちテンプレートのP₁が位置x₃にきたとき極小値を取る
ような特性となる。そして第15図中で位置x₁からx₃まで
のずらし量がアライメントすべき対象物のずれ量（アラ
イメント誤差量）として検出される。ところで第15図の
ようにきれいな極値特性になるのは、もともとの波形デ
ータWA,WB上の特徴的な部分がレベル的に顕著な場合で
あり、レベル的な変化の少ない波形同志等では極値がは
つきりしない場合も生じ得る。このためアライメントの
かからないウエハが生じたりした。

（発明の目的）本発明は上記欠点を解決し、２つのパターンデータの相
関を求め、その相関値の極値を検出するような場合に、
その極値の出現がパターンデータの波形への依存性が少
なく、先鋭になるような相関演算を行なうデジタル相関
装置を得ることを目的とする。

（発明の概要）本発明は相関演算を行なう２つの数値データ間の差に応
じて重み付けをした係数を、比較すべき２つのパターン
データ群について順次発生する重み付け回路と、その係
数を加算する加算回路とを設けることによつて、相関特
性曲線上の極値の先鋭度を高めることを技術的要点とし
ている。

本発明における重み付けとは、正相関及び逆相関のいず
れの方式にも適用できるように、２つの数値データ間の
差が小さい程、大きな値の係数を与える場合と、逆に２
つの数値データ間の差が小さい程、小さな値の係数を与
える場合との両方を含むものである。

（実施例）第２図は本発明の実施例によるデジタル相関装置が適用
されるウエハアライメント装置の概略的な構成を示すブ
ロツク図である。第２図において、表面に微小な凹凸を
有するチツプパターンが規則的に形成されたウエハＷ
は、直交座標系xyに沿つて２次元的に移動するステージ
１に載置される。ステージ１はパルスモータ２によつて
駆動される。ステージ１の上方には装置に対して固定し
た位置に設けられたアライメント系３が配置されてい
る。アライメント系３には半導体レーザ光源30a、30b、
コリメータレンズ系31a、31b、シリンドリカルレンズ32
a、32b、及びミラー33a、33bが設けられており、ウエハ
Ｗ上に２つのスポツト光SPx、SPyが結像される。スポツ
ト光SPx、SPyのウエハＷ上での配置は第３図に示すよう
に、スポツト光SPxはｙ方向に細長く伸びた楕円形であ
り、スポツト光SPyはｘ方向に細長く伸びた楕円形であ
る。

第３図においてC₁，C₂，C₃‥‥はチツプパターンであ
り、各チツプパターンのｘ方向を分離するストリート
（スクライブ）ラインをSLx、ｙ方向を分離するストリ
ートラインをSLyとする。通常ストリートライン中には
複雑なパターンが形成されない。このようなウエハＷ上
にレーザ等のスポツト光が照射されると、その照射部分
の表面の凹凸形状によつて散乱光が生じる。この散乱光
はスポツト光の照射光路外に配置した受光素子4a、4b、
及び5a、5bによつて受光される。受光素子4a、4bは第３
図に示すように、スポツト光SPyを挟んでｘ方向に離れ
て設けられ、受光素子5a、5bはスポツト光SPxを挟んで
ｙ方向に離れて設けられる。受光素子4a、4b、及び5a、
5bをこのように配置したのはスポツト光の照射部分から
発生する散乱光のうち、スポツト光の長手方向に発生す
る散乱光の強度が照射部分の平均（積分）的なパターン
プロフイールと比較的よく一致するからである。

さて、第２図において、受光素子4a、4bからの散乱光強
度に応じた光電信号は、ともにアンプ10に入力して所定
量だけ増幅される。アンプ10からの信号はアナログ−デ
ジタル変換器（ADC）11によつてデジタル値に変換され
た後、ランダム・アクセス・メモリ（RAM）12に番地順
に格納（記憶）される。ADC11によるサンプリングとRAM
12の番地アクセスは、パルスモータ２を駆動するための
ドライバー13からのパルス信号に応答して行なわれる。
パルスモータ２に印加される１パルスによつて移動する
ステージ１（ウエハＷ）の移動量は一定の微小値（単位
移動量）であるから、RAM12にはスポツト光とウエハＷ
との相対的な移動位置に応じた散乱光強度の分布特性が
単位移動量毎の離散的なデジタル値として記憶される。
第２図において受光素子4a、4bはウエハＷのｙ方向のパ
ターンプロフイールを検出するものであるので、ADC1
1、RAM12のサンプリング制御等はステージ１をｙ方向に
動かすためのパルスモータに印加されるパルス信号に応
答して行なわれ、受光素子5a、5bはウエハＷ表面のｘ方
向のパターンプロフイールを検出するものなので、これ
に接続されたADCやRAM（不図示）の制御はステージ１の
ｘ方向移動用のパルスモータに印加されるパルス信号に
応答して行なわれる。

さてRAM12に取り込まれた散乱光波形のデータは、本発
明の実施例による相関器14に入力し、所定の相関処理を
行ない、例えばスポツト光SPyに対するウエハＷのｙ方
向の位置ずれを検出する。この位置ずれ情報は主制御回
路15に送られ、ウエハＷの装置に対する位置決めの際に
使われる。ｘ方向の位置ずれについても同様に求められ
る。

第１図は相関器14の内部構成を示す回路ブロツク図であ
る。本実施例ではRAM12内の原波形データから一度特徴
抽出を行ない、その特徴波形データを用いて相関処理を
行なうものとする。４値化回路40は、その特徴抽出を行
なうものであり、RAM12に記憶された８〜16ビツトの原
波形の数値データDSを入力して、波形上の特徴に応じた
２ビツトの数値データに変換するものである。４値化回
路40は具体的には第４図に示すように、１次微分回路40
0、２次微分回路401、重み付けＡ回路402、重み付けＢ
回路403、及び加算器（並列フルアダー）404から構成さ
れる。

尚、１次微分回路400、２次微分回路401は実際はマイク
ロコンピユータやミニコンピユータ等のソフトウエアを
介在させた数値フイルタリング等の手法による演算によ
つて実行されるものであるが、本発明と直接関係しない
ので、本実施例では回路ブロツクとして示してある。

さて第４図において、１次微分回路400は数値データDS
をRAM12から時系列的に順次入力して、原波形上のサン
プリング点における一次微分値を算出し、その正負を表
わすフラグF₁を出力する。同様に２次微分回路401は数
値データDSを順次入力して、一次微分値を求めたサンプ
リング点と同一のサンプリング点における二次微分値を
算出し、その正負を表わすフラグF₂を出力する。Ａ回路
402は一次微分値が正のときは係数D₁として２を出力
し、負のときは係数D₁として零を出力する。Ｂ回路403
は二次微分値が正のときは係数D₂として１を出力し、負
のときはD₂として零を出力する。加算器404は係数D₁、D
₂の数値的な加算を行ない、２ビツトの数値データD₃を
出力する。係数D₁とD₂の取り得る値から、数値データD₃
のビツトパターンは00（０）、01（１）、10（２）、11
（３）の４値のいずれか１つになる。

さて第１図の説明に戻つて、データ分配回路41は数値デ
ータD₃をテンプレートメモリ42に出力するか、サンプル
メモリ44に出力するかを切のかえるものである。テンプ
レートメモリ42には基準のパターンとなるべき数値デー
タ列が記憶され、そのうちの１つの数値データ（２ビツ
ト）がアドレスカウンタ43によつて指定された番地から
出力される。サンプルメモリ44には比較の対象となるパ
ターンの数値データ列が記憶され、そのうち１つの数値
データ（２ビツト）がアドレスカウンタ45によつて指定
された番地から出力される。ここでテンプレートメモリ
42から順次出力される数データをD₄、サンプルメモリ44
から順次出力される数値データをD₅とする。そしてメモ
リ42、44をアクセスするタイミングは、クロツクジエネ
レータ48から発生してアドレスカウンタ43、45に印加さ
れるクロツクパルスCLK1によつて行なわれる。アドレス
オフセツトカウンタ46はアドレスカウンタ45によつて計
数される番地に一定のオフセツト値を加えるものであ
り、サンプルメモリ44中の数値データ列の内での読み出
し開始番地を１番地ずつずらしていくためのものであ
る。テンプレート長カウンタ47はテンプレートとなる数
値データ列のデータ数をセツトするものである。クロツ
クジエネレータ48はアドレスオフセツトカウンタ46、テ
ンプレート長カウンタ47にも所定のクロツクパルスを送
出し、インクリメント（又はデクリメント）を行なう。

さて数値データD₄とD₅は本発明における重み付回路49に
入力する。重み付回路49は本実施例では数値データD₄と
D₅との差が小さい程大きな値の係数を発生させるもので
あり、その係数は結果カウンタ50によって順次加算され
ていく。重み付回路49はクロツクジエネレータ48からの
クロツクパルスCLK1とCLK2とを入力して、係数をパルス
数の形で出力する。結果カウンタ50はテンプレートとサ
ンプルとの一回の相関値を計算するものであり、テンプ
レートとサンプルとをずらして相関値を求めるたびに、
その値を順次結果メモリ51に転送する。従つて結果メモ
リ51内には第15図に示したような相関特性曲線（実際に
は第15図とは逆の正相関になる）が記憶される。そして
第２図に示した主制御回路15は、この結果メモリ51内の
相関特性曲線における極値（極大）の位置を求める。こ
れによつてサンプルデータの取り込み開始点と極値が得
られるまでの位置ずれ量がわかる。サンプルデータの取
り込み開始点は主制御回路15が予め認識しているので、
結局、スポツト光SPy（又はSPx）に対するウエハＷの位
置が想定されたことになる。

第５図は上記重み付回路49の具体的な回路接続を示す回
路ブロツク図である。テンプレートメモリ42からの数値
データD₄（２ビツト）とサンプルメモリ44からの数値デ
ータD₅（２ビツト）とは並列にリード・オンリー・メモ
リ（ROM）490の４ビツトのアドレスバス（A₀〜A₃）に印
加される。ROM490はアドレスバス（A₀〜A₃）に印加され
たビツトパターンに応じた所定のビツトパターンを出力
バス（Q₀〜Q₃）に発生するように、予め変換テーブルを
記憶している。この変換テーブルは第７図に示すような
真理値表に従つて作られており、詳しくは後述する。RO
M490の出力バスからの４ビツトのデータは、クロツクパ
ルスCLK1、CLK2とともにゲート回路（G₁，G₂，G₃，G₄，
G₅，G₆）に印加される。出力ビツトQ₀とパルスCLK1はア
ンドゲートG₁に印加され、出力ビツトQ₁とパルスCLK2は
アンドゲートG₂に印加され、出力ビツトQ₂とパルスCLK2
はアンドゲートG₃に印加され、そして出力ビツトQ₃とパ
ルスCLK1はアンドゲートG₄に印加される。オアゲートG₅
はアンドゲートG₁とG₂の論理和出力を、結果カウンタ50
としてのアツプダウンカウンタ（UDC）のアツプ（UP）
計数入力に印加する。オアゲートG₆はアンドゲートG₃と
G₄の論理和出力を、UDCのダウン（DOWN）計数入力に印
加する。ここでクロツクパルスCLK1とCLK2との波形は第
６図のように定められている。例えばクロツクパルスCL
K1はデユーテイ比が50％であり、その立上りでメモリ4
2、44の夫々から１つの数値データを読み出すものであ
る。またクロツクパルスCLK2はパルスCLK1がＨレベルの
間（厳密にはパルスCLK1の立上りと次の立上りとの間）
に２パルスが内挿されるように定められ、かつパルスCL
K1の立上りとパルスCLK2の初めの立上りとは一致してい
る。ここで第７図に基づいてROM490内に作られている真
理値表を説明する。数値データD₄、D₅は２ビツトである
ので、取り得る値（＋進）は０、１、２、３である。そ
してデータD₄とD₅の差が小さい程大きな係数を与える。
本実施例では表１のように正負を考慮した５つの係数
（−2,−1,0、１、２）を与えるものとする。

第７図においてアドレスバスのビツトA₀はデータD₄の最
下位桁であり、ビツトA₂はデータD₅の最下位桁である。
例えばデータD₄とD₅のビツトパターンが同一である場合
は、表１からも明らかなように係数として２を与えるよ
うにROM490の出力バスのうちビツトQ₁のみが論理値
「１」になる。これによつてアンドゲートG₂のみが開
き、クロツクパルスCLK2の２パルスがオアゲートG₅を介
してカウンタ50のアツプ計数入力に印加され、カウンタ
50の計数値は２だけ増加する。またデータD₄とD₅との差
が最大（すなわち３）のとき、重み付けを最低にした係
数−２を与えるようにROM490の出力バスのうちビツトQ₂
のみが論理値「１」になる。これによつてアンドゲート
G₃のみが開き、クロツクパルスCLK2の２パルスがオアゲ
ートG₆を介してカウンタ50のダウン計数入力に印加さ
れ、カウンタ50の計数値は２だけ減少する。さらに係数
として±１を与える場合は、ROM490のビツトQ₀とQ₃のい
ずれか一方のみが論理値「１」になり、アンドゲートG₁
とG₄のいずれか一方を開き、クロツクパルスCLK1の１パ
ルスをオアゲートG₅とG₆のいずれか一方を介してカウン
タ50のアツプ入力とダウン入力のいずれか一方に印加す
る。これによつてカウンタ50の計数値は１だけ増加、も
しくは減少する。

次に本実施例の全体的な動作を説明する。ウエハアライ
メントの動作そのものは特開昭58−54648号公報に開示
されているのと同様である。そこでウエハＷのｙ方向の
アライメント時の信号処理動作をさらに第８図を参照し
て説明する。例えば所定のアライメント（チツプ中心と
加工中心点との位置合わせ）が完了している１枚目のウ
エハについて、第３図に示すようにスポツト光SPyとウ
エハとをｙ方向に相対的に移動させつつ、RAM12に散乱
光の強度分布波形を取り込む。この移動量（分布波形
長）はｙ方向に隣接したチツプ同志の中心間隔分程度あ
ることが望ましい。RAM12の原波形データ（例えば12ビ
ツトの階調）は第４図に示した４値化回路40に入力し、
２ビツトの数値データD₃の列に変換される。第１図では
数値データD₃はデータ分配回路41に直接入力している
が、４値化回路40全体をマイクロコンピユータ、ミニコ
ンピユータ等のソフトウエアを介在させて実現させる場
合は、コンピユータ内のメモリに数値データD₃の列がテ
ンプレート情報として記憶される。

２枚目のウエハについては、そのウエハをステージ１に
プリアライメントして載置した後、スポツト光SPyとウ
エハとをチツプ同志の中心間隔分以上の長さに渡つてｙ
方向に移動させて、RAM12に原波形を取り込む。この原
波形データも４値化回路40によつて２ビツトの数値デー
タ列に変換され、コンピユータ内のメモリにサンプル情
報として記憶される。

次に、テンプレート情報は第１図に示すように、データ
分配回路41を介してテンプレートメモリ42に転送され、
サンプル情報はサンプルメモリ44に転送される。またコ
ンピユータではテンプレート長（テンプレートデータの
サンプル数）の値が計算され、その値がデータ分配回路
41を介してテンプレート長カウンタ47にセットされる。
テンプレート長とサンプル長は通常はサンプル長のほう
が大きい。尚テンプレートメモリ42もサンプルメモリ44
も０番地からデータを格納するものとする。従つてアド
レスカウンタ43とアドレスオフセツトカウンタ46の初期
値は零にセツトされる。さらにコンピユータはテンプレ
ート長とサンプル長の差の値を求め、相関長として記憶
している。

さて、実際の演算動作は、アドレスオフセツトカウンタ
46のセツト値をアドレスカウンタ45に転送した後に開始
される。第５図に示すように、クロツクパルスCLK1に応
答して、テンプレートの数値データD₄とサンプルの数値
データD₅とが重み付回路49に入力する。初めはテンプレ
ートメモリ42の０番地のデータD₄と、サンプルメモリ44
の０番地のデータD₅との一致度に応じた重み係数が、カ
ウンタ50によつて計数される。この際テンプレート長カ
ウンタ47の値は１だけデイクリメントされる。０番地同
志の比較が終了すると、クロツクパルスCLK1の次のパル
スに応答してアドレスカウンタ43、45が１だけインクリ
メントされるから、メモリ42と44の１番地同志のデータ
の比較が行なわれ、それによつて与えられた重み系数が
カウンタ50に加算される。この際テンプレート長カウン
タ47の値はさらに１だけデイクリメントされる。こうし
てテンプレート長カウンタ47の値が零になるまで同様の
動作が繰り返し実行される。テンプレートデータ列とサ
ンプルデータ列との一回の相関演算時間はテンプレート
長（データ数）とクロツクパルスCLK1の１周期の時間と
の積によつて決定される。

テンプレート長カウンタ47の値が零になると、コンピユ
ータそれを割り込み処理として検出し、結果カウンタ50
に保持されている一回の相関値を結果メモリ51に転送し
た後、カウンタ50をクリアする。この動作とともに、コ
ンピユータはアドレスカウンタ43を零にリセツトすると
ともにアドレスオフセツトカウンタ46の値を１だけイン
クリメントするパルスを、クロツクジエネレータ48から
発生させる。そしてテンプレート長カウンタ47に再びテ
ンプレート長の値をセツトするとともに、相関長の値を
１だけデイクリメントする。以下同様にアドレスオフセ
ツトカウンタ46にセツトされている値をアドレスカウン
タ45に転送してから、相関演算を行なう。

以上の動作を相関長の値が零になるまで繰り返し実行す
ることによつて、結果メモリ51には相関特性曲線がステ
ージ１の単位移動量に対応した離散的な数値データとし
て格納される。本実施例では数値データD₄とD₅が同値の
とき係数として２を与えるので、テンプレートパターン
とサンプルパターンとが位置的に一致したときに取り得
る相関値の最大値はテンプレートのデータ数の２倍の正
値になる。またテンプレートパターンの数値データD₄と
サンプルパターンの数値データD₅との差が、テンプレー
ト長の全てのデータに渡つてもつとも大きい場合は、そ
の全てに対して係数０、−１、−２のいずれかが与えら
れるので、相関値の最小値はテンプレートのデータ数の
２倍の負値と零との間の値になる。例えばテンプレート
メモリ42としてｎビット×16Kの容量のものを使うとす
れば、結果カウンタ50として最大でも15ビツトの計数が
できるものを用意しておけばよい。このことは装置を作
る際に大きな利点である。すなわち第11、12図に示した
従来方法では、相関値の最大値がテンプレート波形とサ
ンプル波形とのレベルに依存して決まるため、相関値を
求めるカウンタの最大計数値を特定しにくいことであ
る。

ここで上記動作によつて得られる相関処理の様子を第８
図を用いて説明する。第８図は数値データD₅によるサン
プルパターンと、数値データD₄によるテンプレートパタ
ーンとが一致する位置前後の相関値特性を表わす。第８
図でテンプレート長は17としてあり、サンプルパターン
中にはテンプレートと同じパターン部分が含まれている
ものとする。第８図に示すようにテンプレートパターン
がサンプルパターンに対して左に２番地分だけずれた状
態における相関値は前述の表１に従うと−９である。そ
して１番地分だけずれた状態においては、＋７、ずれが
なく一致した状態において＋34、右に１番地分だけずれ
た状態において＋８、そして右に２番地分だけずれた状
態において−９になる。

本実施例のように重み係数を定めた場合、相関値が極大
となる位置付近の前後の位置でかならず負の極値が得ら
れる。すなわち相関特性上、極大値となる位置付近の信
号対雑音（S/N）比が向上することになる。しかも極大
値のでかたが極めてシヤープになる。

以上本実施例においては、２ビツトの数値データ列同志
をハードウエアのみによつて重み付け相関演算できるの
で、高速な処理が可能である。また原波形データは高分
解能（例えば12ビツト）のADCを介して得られるので、
原波形に含まれる位置情報（ピークやボトムの点等）も
かなりの精度で保存されている。さらに一次微分と二次
微分を併用して、原波形の位置に関する情報成分のみを
重み付けして４値化しているので、相関演算に使われる
２つの数値データ列同志は、ともに２ビツト程度と階調
が低いにもかかわらず、位置に関する情報としては上記
ADCによる検出精度を保存したまま得られる。本実施例
によつて実際のウエハアライメントを行なつたところ、
ステージ１の単位移動量（例えば１μｍ）と同等のアラ
イメント精度が得られる。

本実施例のように相関手法をアライメントに使う場合、
位置の検出精度は最も重要なフアクターであるが、同時
に高速化も重要なフアクターである。この両方のフアク
ターはある意味で相反するものであるが、本実施例で
は、微分処理によつて位置情報のみを低い階調のデータ
に変換して、ハードウエハによつて相関演算を行ない、
さらに相関演算の過程でハードウエハによる重み付けを
しているので、上述の相反するフアクター同志を高次元
でバランスさせることができる。尚、重み係数の決め方
は先の表１のように定めるのが、装置（特に結果カウン
タ50や重み付回路49）の構成をコンパクトにするために
は望ましいが、これに限られるものではない。例えば表
１に定めた定数の正負を逆にしてもよい。こうすると、
第８図に示した特性曲線上の相関値の正負が逆になり、
逆相関がとれることになる。またその係数は正の値、又
は負の値のみとしてもよい。例えば表２のように重み付
けを行ない、重み付回路49とカウンタ50とを第９図のよ
うに変更すればよい。カウンタ50は通常のアツプカウン
タとし、メモリアクセス用のクロツクパルスCLK1と同期
して第10図に示すようなクロツクパルスCLK2、CLK3、CL
K4を作り出し、第９図のアンドゲートの夫々に印加す
る。もちろんROM490内のテーブルも表２の重み付けに合
うように変更される。

クロツクパルスCLK1に内挿されるクロツクパルスCLK2の
２パルス、クロツクパルスCLK3の３パルス、及びクロツ
クパルスCLK4の４パルスの夫々が表２中の係数２、３、
４に対応している。

また相関をとる２つのデータ列の数値は何ビツトであつ
てもよいが、ビツト数が多くなればそれだけ重み付回路
49の構成が複雑になる。ただしハードウエアで構成され
るから高速処理の効果は同様に得られる。逆にデータ列
のビツト数が少なくなればなる程（例えば１ビツト）、
重み付けの効果が顕著になる。また、非周期性のパター
ンをもつテンプレートならば、テンプレート長が長い程
効果的である。さらに上記実施例では原波形データを一
度メモリに取り込んでから４値化しているが、アナログ
信号をアナログ微分回路、コンピユータを介して２値化
した後、一次微分による２値化データと二次微分による
２値化データとを加算して４値化データとしてもよい。

また本発明は原波形同志の相関を直接取る場合において
も有効であり、相関を取るデータ同志は時間軸に関して
再現できる変化を有する信号であつてもよい。

さて、第11図は実施例による重み付け相関の効果を説明
するために、コンピユータによつてシミユレーシヨン行
なつたときの波形図を示す。ここで波形（Ａ）はサンプ
ルパターンの原波形であり、波形（Ｂ）は波形（Ａ）を
一次微分した後、その微分波形を２値化して相関を求め
た場合の相関特性であり、波形（Ｃ）は波形（Ａ）をそ
のまま用いて従来のような方法で相関を求めた場合の相
関特性であり、波形（Ｄ）は４値化回路40を用いて４値
化データに変換した後、本実施例のように相関を求めた
場合の相関特性（逆相関）である。原波形（Ａ）上の斜
線部分をテンプレートとして、テンプレート長（データ
数）は100にしてある。そして第11図で横軸はサンプリ
ング点（サンプルメモリ44のアドレス値、又は位置）を
表わす。このシミユレーシヨン結果からも明らかなよう
に、テンプレートがサンプリング点の400の位置にきた
とき、いずれの場合でも相関が最大になるが、本実施例
のように４値化すると最もS/N比がよくなる。すなわち
先鋭度が極めて高くなる。従つて極値の見つけ方が容易
になる。

４値化回路40は第４図の構成からも明らかなように一種
の重み付けを行なうものである。本発明の実施例ではそ
の重み付けを一義に決めてしまつたが、これはウエハ等
の試料の性質による散乱光の安定性、再現性を考慮し、
原信号のレベル（光強度）の大きさ変動が与える位置検
出の誤差への影響を少なくするために、実験的に選ばれ
たものである。従つて４値化以外にも多くの多値化（３
値化、２値化等）方法が考えられる。第12図はその多値
化の考えられる組み合わせの13通りを示す図であり、同
図中、０から３までの係数が一次微分、二次微分、原信
号（原波形）の夫々に対して振りあてられる重みであ
る。第12図において係数０はそのときの波形データを使
わないことを意味する。ここで重み付けモード２が本実
施例（第４図）の場合であり、重み付けモード１、７、
10の夫々は２値化であり、重み付けモード11、12、13の
夫々は３値化である。そして原信号への重み付けとは、
原波形上の最大値と最小値との中点レベルで２値化し、
中点レベルよりも大きい値に対して、１、２、３の係数
のいずれか１つを与えるというものである。例えば重み
付けモード10では原信号波形のみを中点レベルで２値化
して、論理「１」の場合は係数３を与えており、一次微
分や二次微分の情報をまつたく利用しない。このような
モードにおいても第５図に示したような重み付け相関処
理を行なえば従来のものとくらべるとS/N比のよい相関
特性が得られるが、原信号の種類によつては問題があ
る。例えば原信号から作られたテンプレート波形とサン
プル波形との間で、レベル上のオフセツトが異なつてい
た場合等である。

さて第13図は第12図中に示したモード２、11、12の夫々
を用いて同一のサンプルパターンについて重み付け相関
を求めた場合の相関特性図である。第13図（ａ）はモー
ド２の場合、第13図（ｂ）はモード11の場合、第13図
（ｃ）はモード12の場合を示し、各図とも横軸は位置
（サンプルメモリ44のアドレス値、又はサンプリング
点）を表わし、縦軸は重み付け相関による相関値を表わ
す。第13図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はともに実際の装置
を用いてウエハ上のパターンからの散乱光情報を１μｍ
毎にサンプリングして実験したときの相関特性であり、
各図の横軸のスケーリングは同一である。この特性は第
１図の示した結果メモリ51に記憶された相関値データを
順次デジタル・アナログ変換器（DAC）によつてアナロ
グ信号に変換し、これをブラウン管（CRT）上に表示さ
せたものである。ブラウン管上では逆相関の形の特性と
なつているが結果メモリ51内には正相関の形で得られて
おり、表示のための変換の都合で上下が反転してしまう
だけのことである。また縦軸方向の大きさは表示の都合
上正規化してある。さて第13図（ａ）と第13図（ｂ）と
のちがいは一次微分値（論理「１」）に対する重み付け
が２になるか１になるかだけである。このため特性上、
どちらも大きな差異はなく、位置Ｐにおいて極値となる
ような鋭い波形が得られた。しかしながらウエハの表面
状態、又はテンプレートの取り方によつてはモード２の
方がモード11よりも鋭い特性になることが統計的に確め
られている。一方、第13図（ｃ）はモード12の場合であ
り、一次微分値と原信号との夫々を２値化して、両者に
与える重みを同値（係数１）にして加算し３値化したも
のである。この第13図（ｃ）のように原信号波形のレベ
ルに関する情報が含まれたまま同様の重み付け相関を行
なつた場合は、明らかに第13図（ａ）、（ｂ）の場合よ
りも先鋭度が低下している。

以上のように、少ないビツト数の数値データ列同志の相
関を求める場合は、微分演算を行なつて所定の重みを付
けることが望ましく、さらに本発明のように重み付け相
関を行なうことが効果的である。

尚、４値化回路40の他に第12図の表にあるようなモード
のうち、いくつかのモードを実行する多値化回路を予め
用意しておいて適宜切りかえて使用してもよく、又重み
付け回路49内のROM490に記憶させるテーブルも何種類か
用意しておいて、最適なテーブルを適宜選んで使用して
もよい。

（発明の効果）以上本発明によれば２つの数値データ列の相関を取る
際、比較する２つの数値間の差の大きさに応じて重み付
けされた係数を与え、その係数を加算させるようにした
ので、相関値が極値となる付近の特性曲線上のS/N比が
向上し、極値の現われ方が先鋭になるといつた効果が得
られる。このため原波形データ上のレベル変化が少ない
場合でも相関が最大となる位置（又は時間）が確実に求
まり、アライメント等の際は原画パターンの形状、形成
状態によらず正確な位置検出及び位置合わせが達成され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるデジタル相関器の全体的
な構成を示す回路ブロツク図、第２図はデジタル相関器
を用いたウエハアライメント装置の概略的な構成を示す
ブロツク図、第３図は第２図の装置におけるレーザスポ
ツト光の配置を示す平面図、第４図は４値化回路の構成
を示すブロツク図、第５図は重み付回路の構成を示す回
路接続図、第６図は重み付けに用いられるクロツクパル
スの波形図、第７図は重み付けに用いられるROM内に記
憶されている真理値表、第８図は実施例による相関演算
の様子を説明する相関特性図、第９図は本発明の他の実
施例による重み付回路の構成を示す回路接続図、第10図
は第９図の回路に使われるクロツクパルスの波形図、第
11図は４値化を行なつた場合の相関処理の効果を説明す
る波形図、第12図は４値化以外の多値化の例を示す表、
第13図は異なる多値化による相関特性のちがいを説明す
る波形図、第14図は従来の相関演算の方法を説明するた
めの原信号の波形図、第15図は第14図によつて求められ
た相関特性を示す波形図である。〔主要部分の符号の説明〕 40……４値化回路 42……テンプレートメモリ 44……サンプルメモリ 48……クロツクジエネレータ 49……重み付回路 50……結果カウンタ（加算器）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｎビットで表わされる数値データをｍ個連
続させたものを第１のパターンデータとし、ｎビットで
表わされる数値データをｍ個以上連続させたものを第２
のパターンデータとし、前記第１パターンデータと第２
パターンデータとの相関値を算出する装置において、前記第１パターンデータと第２パターンデータとの夫々
から１つの数値データを順次取り出す回路と；該取り出された２つの数値データ同志を比較し、該２つ
の数値の差に応じて、予め記憶され、重み付けされた係
数を発生する重み付け回路と；該重み付け回路から発生される重み付けされた係数のｍ
個を加算し、その加算値を前記相関値として出力する加
算回路と；を具えたことを特徴とするデジタル相関装置。